Металлические контсрукции

 

 

2.2 Проверка несущей  способности главной  балки

 

;     см;.    

 

Гибкость полки равна 2,83, что не превышает допустимую гибкость полки 14,8 , по местной устойчивости проходит.

 

Определим фактический момент инерции:

 

 

 см⁴

 

 см³

 

Определим нормальное наибольшее напряжение главной балки:

 

 

 

 

Перенапряжение составляет 1%, что удовлетворяет требованию.

 

Определим наибольшее касательное  напряжение главной балки:

 

 

Находим статический момент инерции  :

 

= см

 

Отсюда касательное  напряжение главной балки:

 

 

 

2.3 Изменение сечения  пояса балки

 

Сечение составной балки с подбором по M_max можно уменьшить в местах изменения момента у опор. Сечение балки уменьшается за счет изменения ширины пояса, при этом сохраняется сечение стенки и толщина пояса. Рациональное место уменьшения сечения для различных балок находится на расстояние (1/5 – 1/6) от длины главной балки до опоры и составляет1/5 20 = 4

 

Определяем расчетный момент и  перерезывающую силу в сечении

 

 кНм 

 

 кН.

 

Определим требуемые  и измененного сечения пояса:

 

 см³.

 

Где R_y -  расчетное сопротивление стыкового шва, принимается 0,85R_y.

 

Проверим законструированное сечение  на прочность:

 см⁴.

Определяем требуемый момент инерции  поясов, (значение смотрите в расчете главной балки составного сечения):

 

 см⁴.

 

Требуемая площадь поперечного сечения поясов составит:

 

 где  = 200 - 4 = 196,4 см.

 

 см².

 

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

 

 

Определим ширину пояса: см

 

Принимаем пояса из универсальной  стали ГОСТ 82-70* t , . Фактическая площадь пояса равна: .

 

Фактический момент инерции подобранного сечения:

,

где ,

тогда:

.

 

Фактический момент сопротивления:

.

 

Наибольшее нормальное напряжение:

(недонапряжение составляет -0,9%).

 

 

2.4  Расчет  ребер  жесткости

 

Стенка представляет собой длинную  тонкую пластинку, испытывает действие нормальных и касательных напряжений σ и I, которые могут вызвать потери ее устойчивости. Устойчивость стенки достигается укреплением ее специальными поперечными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания места стенки и увеличением жесткости стенки.

 

Определим ширину b_рж и толщину t_рж ребра жесткости.

 

 см. принимаем ребро жесткости шириной b_рж = 12 см.

 

 см,принимаем толщину ребра жесткости t_рж =0,8см

 

Проверим на местную устойчивость отсек, в который попадает изменение  сечения пояса.

Определим напряжение в сечение пояса на расстояние 3 м.

 

 кН/см².     кН/см².

 

Определим I_кр критическое.

 

, где  ; R_s = 0,58R_y = 0,58 * 23,5 = 13,63 кН

 

Гибкость стенки λ_ω рассчитывается по формуле:

 

 

 кН/см .

 

 

, где С_кр из таблицы 7.4 {1}

 

С_кр = 34,7

 

 кН/см².

 

Устойчивость стенки определим  по формуле:

, где γ_s = 1

 

;

 

0,732 < 1

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер  жесткости на расстояние a=400 > 2 cм возможна.

 

3.  Расчет  стыков главной балки на высокопрочных болтах

 

Так как размеры целой балки  и её вес не позволяют перевозить и монтировать целиком, то разрезают  балку на отправочные элементы.

Определим момент в стыке.

 

 кНм 

 

 кН.

 

3.1  Расчет и конструирование стыков поясов главной балки

 

Стык выполняется на высокопрочных  болтах d = 24, сталь марки 38ХС “селект” (по таблице 61 СНиПа, ГОСТ 22356-77*)

R_bun = 135 кН/см². A_bn = 3,52 см².

Обработка поверхности газопламенная.

R_bn = 0,7R_bun = 0,7 * 135 = 94,5 кН/см², Аb = 4,52 см², Ns = 2, γb = 1.

μ – коэффициент трения, принимается по таблице 36* из СНиП II-23-81* μ = 0,42

γ_n – коэффициент надежности, принимается по таблице 36* из СНиП II-23-81* γ_n = 1,35

Определим расчетное усилие, которое  может выдержать один высокопрочный болт.

 

кН

Часть момента воспринимается поясами  накладки:

 

 кНсм.

 

Усилие в поясе определяем по формуле:

 

Количество болтов для прикрепления накладок:

 

, принимаем 16 болтов

 

 

3.2 Расчет и конструирование  стыка стенок главной балки

 

Стенку перекрываем двумя вертикальными  накладками. Момент действующий на стенку определяем по формуле:

 

 кНсм.

 

Длина накладки :

 

 

 

Размещение болтов по вертикали  стенки осуществляется с шагом

 

 

 

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт равно:

 

,

 

 

Результирующее напряжение в болте  равно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчет и конструирование  стыка стенок главной балки

Сопряжение конструируем на болтах грубой и нормальной точности d_б = 24 мм, А_б = 4,52 класс болтов 5,8 МПа (таблица 58  СНиП II-23-81*) R_bs = 20 кН/см². Расчетное сопротивление, которое может быть воспринято одним болтом на срез:

 кН.

Определим количество болтов:

 принимаем 6 болта.

 

Пластина с 6-ю отверстиями d = 24 мм, размерами12 х 490 x 240 приваривается к вспомогательной балке № 60Б1, катет шва принять по толщине стенки.

 

4. Расчёт и конструирование  опорных диафрагм жёсткости.

 

Сопряжение главных балок со стальной колонной осуществляется опиранием  балок сверху. Конец балок укрепляется  диафрагмами жесткости. Последние  надежно приварены сварными швами, а торцы диафрагмы жесткости фрезеруют для непосредственной передачи опорного давления на плиту оголовка металлической колонны.

 кН, кН/см² (по таблице 52* СНиП II-23-81*).

Определим площадь сжатия торца  диафрагмы жесткости (d_ж).

 см², отсюда найдем:

 см, принимаем t_dж = 24 мм =2,4 см.

Проверим опорную диафрагму  жесткости на устойчивость: см принимаем =24

 

Расчет производим при b_ст = 24, отсюда см².

Момент инерции: 2768,1 см .

 см.

(по таблице 72 СНиП II-23-81*) φ = 0,931, отсюда

 кН/см², σ = 24,1  R_y = 23,5 (+2,7%)

 

5. Расчёт и конструирование  центрально-сжатой колонны

 

5.1 Выбор типа сечения  колонны

 

Отметка верха настила  Н = 11 м.;

Толщина настила - ;

Марка стали: Вст3пс6-I (ТУ 14-1-3023-80);

Расчетное сопротивление стали (фасонный прокат) - (прил.4[1]);

Реактивный отпор главной  балки  .

 

Согласно заданию отметка верха  настила Н = 11 м, отсюда вычисляем длину колонны

 

 

11 – (0,012 + 2) + 0,712 = 9,7 м.

 

Определим N нагрузку, которую воспринимает колонна:

 

N = , где G=(15 – 20)кН.

 

N = 2 * 1917,765 = 3835,53 кН.

 

Принимаем материал колонны: Вст 3пс 6-2 R_y = 24,5 кН/см². Зададимся типом колонны. Колонна сквозная с двумя ветвями из двутавров с планками, гибкость колонны λ_х = 65,

φ = 0,78 (приложение 7 учебника “Металлические конструкции” под редакцией Беленя). Отсюда найдем требуемую площадь сечения колонны:

 

- на две колонны, а на  одну 200,71 / 2 = 100,36 см².

 

Согласно  ГОСТ 26020-83^* ,принимаем двутавровую балку:

№  50Б1   = 1511 см³,  I_x = 37160 см⁴,    g_доп = 73,0 кг/м.

                   h =49,2 см.              b=20,0 см.            t=1,2 см

         , , ,

 

Фактическая площадь сечения колонны  составит А_к = 92,98 * 2 = 185,96 см². Производим расчет относительно оси У-У. Определим расстояние между ветвями колонны Z_a из условия равноустойчивости колонны в двух плоскостях λ_в = 20 – 40,

принимаем λ_в = 35.

 

Требуемый момент инерции равен:

 см⁴, отсюда

15,6 принимаем a = 20, тогда определим фактический момент инерции:

 см⁴

 см.

 

 

 

 

проверку проводим по :

 от 24,5

5.2 Расчет и конструирование планок

 

Определим расстояние между планками колонны по гибкости:

см, H=11-(0,030+0,175+2)+0,09+0,175=9,06 м , тогда 9060 / 6 = 1510, принимаем 6 расстояний, то есть 6 планок размером 8 х 300 х 350

Определим ширину планки: кН – поперечная сила в колонне.

Вычислим поперечную силу, приходящаяся на планку одной грани:

 кН.

Вычислим изгибающий момент и поперечную силу в месте прикрепления планки:

 

 кНсм.

 

 кН.

 

Определим какое из сечений шва имеет решающее значение: по таблице 5.1 [1]:

, , по таблице 5.4 , тогда

<

 

Необходима проверка по металлу  шва. Для проверки имеем расчетную площадь шва

 

 см².

 

Момент сопротивления шва:

 

 см³.

Находим напряжения в шве от момента  и поперечной силы:

 

 кН/см²,   кН/см².

 

Проверяем прочность шва по равнодействующему напряжению:

 

 кН/см² < кН/см².

 

5.3 Расчет и конструирование оголовка колонны

При свободном сопряжение балки  обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны. Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдержать полное давление на оголовок. Толщину опорной плиты определяем на стыке под полным опорным давлением.

 

Определим нагрузку, которую воспринимает колонна: кН.

 

Определим толщину опорной плиты:

 

 см, принимаем  28 мм.

 

, см².

 

=2а-1=40-0,88=39,12  см

 

t = принимаем 30 мм по ГОСТ 82-70.

 

Высоту ребра оголовка определяется требуемой длинной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина  швов не должна быть больше 85 ):

 

 см.+7,1 см на непровар =60см

 

Диафрагму жесткости принимаем конструктивно 14мм.

 

 

 

5.5 Расчет и конструирование  базы колонны

 

Принимаем материалы для базы колонны  с траверсом Вст 3пс6-2 Ry = 23,5 кН/см², фундамент - класс бетона В = 12,5, кН/см². Если расчетное усилие, действующие на базу N = 3835,53 < 5000 кН, то принимаем конструкцию базы с траверсами.

N = 2 * 3835,53 + 20 = 3855,53 кН.

Определим требуемую площадь плиты:

 

 см².

 

Так как мы задались b_pl = 61,2см из конструктивных соображений, то можем определить L_pl:

 

 cм .Принимаем L_pl=750мм см².

 

Определим напряжение под клеткой:

 

 кН/см².

Вычислим изгибающие моменты на различных участках плиты:

1 участок: опертый на 4 канта

 

b/a=50/25=0,5 =0,1 (табл. 8,6)

 

 кН/см².

 

 

2 участок: опертый на 3 канта

 

b/a=50/17,5=2,86 =0,132

 

 кН/см².

 

3 участок (консольный) =6

 

 кН/см².

 

Толщину плиты t_pl определим по M_max:

 

 cм.

 

Принимаем tpl = 36 мм с учетом отстрожки, то что tpl получилось более3 см показывает необходимость ребра жесткости.

Толщина траверса t_tr = 10 мм принимаем и привариваем ее к ветвям колонны и к плите условными швами k_шf = 10 мм. Высоту траверсы найдем из условия работы сварных швов по срезу:

 на непровар и принимаем 60 см = 600 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1.  “Металлические конструкции”. Общий курс под редакцией Е.И. Беленя, 6-ое издание, переработанное и дополненное. Москва, СтройИздат 1985 г.

 

2.  СНиП II-23-81* “Стальные конструкции/Госстрой России.-М.;ГУП ЦПП,2006-96с.

 

3.  «Конструкции рабочей площадки  промышленного здания»:Методические  указания к выполнению курсового  проекта/Сост.:Р.Х.Каримова.КРСУ-Бишкек,2003-19с.

 

4.  ГОСТ 26020-83* 

 

5.  СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»/ Госстрой России.-М.;ГУП ЦПП, 2002-46с.